《无机非金属材料》化工生产中的重要非金属元素PPT
第一部分内容：必备知识·素养奠基
一、 硅酸盐材料
1.无机非金属材料
2. 传统无机非金属材料
【微思考】
普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗?
提示:由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”,可知反
应的化学方程式为
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑,
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑。
二、新型无机非金属材料
1.硅和二氧化硅
(1)硅元素的存在与结构
(2)单质硅的制备:
【微思考】
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅,由此能否说明碳的还原性大于硅?
提示:不能。比较氧化性、还原性的强弱,必须是在通常情况下发生的反应,上述反应是在高温条件下发生的,故不能比较还原性的强弱。
(3)硅和二氧化硅的用途
2.新型陶瓷
3.碳纳米材料
碳纳米材料在_________________等领域有着广阔的应用前景。
【情境·思考】
从陶瓷材料发展的历史来看,经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃;由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃;精细陶瓷粉体的颗粒较大,属微米级(10-6 m),用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级,用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料,得到新一代纳米陶瓷,这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延展性,有的甚至出现超塑性。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。
试分析传统无机非金属材料和新型无机非金属材料各有什么优点?
提示:传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较:传统无机非金属材料具有性质稳定、抗腐蚀、耐高温等优点,但质脆,经不起热冲击。新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。
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关键能力·素养形成
知识点 二氧化碳与二氧化硅的性质比较
【重点释疑】
二氧化碳与二氧化硅的性质比较
【知识拓展】硅及其化合物性质的“九大反常”
(1)碳族元素的主要化合价一般是+2、+4价,而硅常见的是+4价。
(2)硅的还原性比碳强,而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。
(3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气,而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。
(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应),Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
(5)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但SiO2的熔、沸点却很高。
【思考·讨论】
(1)盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞,你知道这是为什么吗?
提示:试剂瓶的瓶塞一般是毛玻璃,易与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠溶液,从而使瓶塞与瓶壁黏合在一起而难以打开,所以盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞。
(2)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,能认为SiO2属于两性氧化物吗?
提示:SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水。
【案例示范】
【典例】(2019·嘉兴高一检测)下列叙述正确的是 ( )
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以两者物理性质相似
B.因为CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应,且都作氧化剂
D.SiO2既能和NaOH反应,又能和HF反应,所以二氧化硅属于两性氧化物
【解题指南】解答本题应注意以下3点:
(1)CO2和SiO2在性质上既有一定的相似性又具有差异性。
(2)由于SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质,SiO2与其他酸不反应,所以SiO2不是两性氧化物。
(3)SiO2、CO2与C反应时SiO2、CO2均表现氧化性。
【解析】选C。CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似,但物理性质差别很大,A项错误;硅酸的酸性比H2CO3弱,反应之所以发生,是因为CO2为气体,可以脱离反应体系,B项错误;CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂,C项正确;SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐,所以SiO2不是两性氧化物,D项错误。
【母题追问】(1)利用化学方程式说明碳酸和硅酸的酸性强弱。
提示:向硅酸钠溶液中通入CO2气体,发生反应Na2SiO3+
CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3,根据“较强酸制较弱酸”的原理,可知碳酸的酸性比硅酸强。
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无机非金属材料PPT，第二部分内容：课题探究·素养提升
课题任务:以硫及其化合物、氮及其化合物的知识为载体,解决酸雨的防治问题
【情境创设】
柳州蝶变:从“酸雨之都”到“宜居花城”在上世纪80至90年代,广西柳州传统重工业聚集,粗放型发展模式使大气遭到严重污染,年酸雨出现频率最高达98%,被列为全国四大“酸雨之都”之一。作为广西最大的工业基地和西南工业重镇,柳州市多年来一直努力在工业发展与环境保护之间寻求平衡,现已成为践行绿色发展理念的城市典范。近20多年来,柳州市经过酸雨治理、生态建设和新型工业化探索,已经由过去的“酸雨之都”蜕变为“宜居花城”。
在绿色发展理念的指引下,柳州实现了经济效益与环境效益的统一,工业发展与生态环境的良性互动,走出了一条“生态工业城”的发展新路。如今柳州已成为国家低碳试点城市、国家循环经济示范城市。
【素养解读】
1.核心素养:
(1)科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发,依据研究目的,设计探究方案。
(2)科学态度与社会责任:具有探索未知、崇尚真理的意识;具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。
2.素养目标:
通过课题的探究学习,掌握硫、氮及其化合物的相关知识,初步养成绿色应用意识,增强社会责任感。
【素养探究】
【探究一】酸雨成分的分析
1.某同学查阅资料得知:酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中,吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质,形成了pH低于5.6的酸性降水。中国的酸雨多为硫酸型酸雨,少为硝酸型酸雨,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。
(1)酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。以5.6为标准是因为正常雨水的pH大约为5.6,请分析原因。
提示:空气中含有CO2, CO2与雨水反应生成碳酸,故雨水的pH约为5.6。
(2)“硝酸型酸雨”是如何形成的?
提示:氮的氧化物NO2、NO与雨水反应生成硝酸,使雨水的pH小于5.6,发生的反应为2NO+O2==== 2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO。
【探究二】防止酸雨的措施的选择
2.通过近20年的治理,柳州空气的二氧化硫含量已于2006年达标。
(1)把煤燃烧产生的废气通入CaCO3与水形成浆状物,可以起到很好的脱硫效果,同时制得副产品石膏。试写出有关反应的化学方程式。
提示:由于亚硫酸的酸性大于碳酸,故发生的反应为SO2+ CaCO3====CaSO3+CO2,CaSO3再被氧气氧化:2CaSO3+O2====2CaSO4。
(2)为了持续打好环保战,柳州市政府推广绿色低碳的出行方式,大力支持当地清洁车辆的生产与使用。如使用纯电动汽车,这些措施可以大大减少汽车尾气的排放,汽车尾气的主要污染气体有哪些?造成的主要环境危害有哪些?
(3)为了彻底修复城市生态,进一步改造城市风貌,柳州市不仅做了“节能减排”的减法,还进行“绿色覆盖”的加法,实施了一系列城市绿化建设工程。这些做法体现了什么环境治理的思想?
提示:柳州市的做法体现了环境治理的两种措施:①控制进入大气、土壤和水体的碳、硫和氮等化合物的量;②增强生态系统对碳、硫和氮等化合物的吸收能力。
【探究三】迁移应用
3.水华指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是藻类大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。你能解释原因吗?可以采取什么措施防止这种现象的发生?
【素养评价】
1.科学态度与社会责任—水平2:运用所学的化学知识和方法解释生产、生活中简单的化学问题;在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。
2.科学探究与创新意识—水平4:能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题,根据假设提出多种探究方案,并评价和优化方案。
3.科学态度与社会责任—水平3:具有理论联系实际的观念,有将化学成果应用于生产、生活的意识,能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。
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